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        服務(wù)網(wǎng)格 基于網(wǎng)格的Web服務(wù)

        發(fā)布時間:2020-02-16 來源: 感悟愛情 點擊:

          收稿日期:2006-07-11?   作者簡介:洪國輝(1946-),男,江蘇無錫人,武漢科技大學(xué)中南分校信息工程學(xué)院教授。?   (武漢科技大學(xué)中南分校 信息工程學(xué)院,湖北 武漢 430223)?
          
          摘要:傳統(tǒng)意義上的分布式計算與并行計算,分別只是空間與時間上的并發(fā),對資源的共享與利用程度有限。本文提出一種基于網(wǎng)格計算(grid computing)的Web服務(wù)(Web Services)概念,即所謂服務(wù)網(wǎng)格,其目標(biāo)是對一定的網(wǎng)格域上的資源進行整合,提供簡單一致的接口,有效地提供內(nèi)容服務(wù)、計算服務(wù)、存儲服務(wù)、交易服務(wù)等,同時實現(xiàn)空間與時間的并發(fā),促進分布在網(wǎng)絡(luò)上,特別是lnternet上的計算資源,通信資源,存儲資源,數(shù)據(jù)資源,信息資源的充分共享與高效利用。?
          關(guān)鍵字:網(wǎng)格;Web服務(wù);服務(wù)網(wǎng)格?
          
          1 什么是網(wǎng)格?
          網(wǎng)格(grid)又稱作計算網(wǎng)格(computational grid),網(wǎng)格計算(grid computing)。早期稱作元計算(metacomputing)!熬W(wǎng)格是構(gòu)筑在因特網(wǎng)上的一組新興技術(shù),它將高速互聯(lián)網(wǎng)、高性能計算機、大型數(shù)據(jù)庫、傳感器、遠程設(shè)備等融為一體,為科技人員和普通老百姓提供更多的資源、功能和交互性”。簡單地講,網(wǎng)格是把整個因特網(wǎng)整合成一臺巨大的超級計算機、實現(xiàn)計算資源、存儲資源、數(shù)據(jù)資源、信息資源、知識資源、專家資源的全面共享。當(dāng)然,網(wǎng)格并不一定非要這么大。我們也可以構(gòu)造地區(qū)性的網(wǎng)格,如大學(xué)校區(qū)網(wǎng)格、企事業(yè)內(nèi)部網(wǎng)格、局域網(wǎng)網(wǎng)格、甚至家庭網(wǎng)格和個人網(wǎng)格。事實上,網(wǎng)格的根本特征是資源共享而不是它的規(guī)模。?
          現(xiàn)在關(guān)于網(wǎng)格技術(shù)的研究一般有兩個側(cè)重點:?
          一是美國聯(lián)邦政府及歐洲一些國家過去十多年來資助的高性能計算項目。這類項目研究的目標(biāo)是將跨地域的多臺高性能計算機、大型數(shù)據(jù)庫、貴重科研設(shè)備(電子顯微鏡、雷達陣列、粒子加速器、天文望遠鏡等)、通信設(shè)備、可視化設(shè)備和各種傳感器整合成一個巨大的超級計算機系統(tǒng),支持科學(xué)計算和科學(xué)研究,這一類的側(cè)重點是用網(wǎng)格實現(xiàn)高性能及高可用性的計算。?
          還有一類是把網(wǎng)格看成是未來的互聯(lián)網(wǎng),簡單地講,傳統(tǒng)因特網(wǎng)實現(xiàn)了計算機硬件的連通,Web實現(xiàn)了網(wǎng)頁的連通,而網(wǎng)格試圖實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)上所有資源的全面連通,包括計算資源、存儲資源、通信資源、軟件資源、信息資源、知識資源等。?
          我們這里所討論的網(wǎng)格技術(shù)的含義傾向于后者。我們所關(guān)注的目標(biāo),其一是使局域網(wǎng)內(nèi)或者更廣泛范圍內(nèi)的普通個人計算機(基于Intel芯片的,Windows或Linux操作系統(tǒng)的)能實現(xiàn)各種資源的共享,特別是閑置資源,即每臺個人計算機都可以擁有自己獨立執(zhí)行的事務(wù)與獨立存儲的數(shù)據(jù),只是在空閑的時候,或是有較多的空閑資源的時候,將這部分資源共享出來,由網(wǎng)格內(nèi)部或外部的計算資源請求者申請使用。我們的另一個關(guān)注點,是服務(wù)的互聯(lián),特別是針對常規(guī)的應(yīng)用,以及電子商務(wù)流程中的應(yīng)用,而不僅僅是科學(xué)計算。?
          為了實現(xiàn)以上的目標(biāo),下列問題是需要研究及解決的:?
          1.1 網(wǎng)格計算的理論模型:應(yīng)用如何在網(wǎng)格中分割與分布?特別是對于常規(guī)(generic)的應(yīng)用?現(xiàn)有的網(wǎng)格應(yīng)用,多是限定于特定的問題及應(yīng)用域,如高能物理計算,氣象預(yù)報,三維圖形的渲染與生成,這使得網(wǎng)格的應(yīng)用范圍受到很大限制,也制約了網(wǎng)格在實際應(yīng)用中的發(fā)展。?
          1.2 網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu):即網(wǎng)格的拓撲結(jié)構(gòu),網(wǎng)格硬件框架,網(wǎng)格的軟件體系,資源如何被集成、管理和共享。?
          1.3 網(wǎng)格計算的協(xié)議和框架:協(xié)議棧,框架規(guī)約。?
          1.4 網(wǎng)格計算支撐環(huán)境的設(shè)計與實現(xiàn):包括開發(fā)、部署、管理等軟件支撐環(huán)境。?
          1.5 網(wǎng)格程序設(shè)計和應(yīng)用開發(fā)界面:提供給網(wǎng)格服務(wù)客戶的單一、規(guī)定、簡單的應(yīng)用接口,使得客戶商能方便地進行調(diào)用,而無需學(xué)習(xí)復(fù)雜的API及并行算法。?
          2 什么是Web services?
          經(jīng)常的應(yīng)用更新是當(dāng)今電子商務(wù)應(yīng)用部署所面臨的最大問題,如何提升企業(yè)的響應(yīng)能力,削減響應(yīng)開支,提升企業(yè)的競爭力,是所有的e化企業(yè)必須面對的。?
          同時,企業(yè)間的縱向、橫向合作與融合,使得企業(yè)間信息交換、服務(wù)訪問、系統(tǒng)交互愈發(fā)頻繁,如何在N*N的復(fù)雜拓撲環(huán)境下,實現(xiàn)信息系統(tǒng)的快速開發(fā),便捷部署與靈活維護?答案也許就是Web services。?
          Web services是新一代的Web應(yīng)用。它是自包含、自描述的應(yīng)用模塊,能在Web上被發(fā)布、定位并調(diào)用。Web services執(zhí)行各種功能,包括簡單的請求應(yīng)答到復(fù)雜的商業(yè)處理。?
          一個典型的Web services可能提供股票競價服務(wù),或是進行信用卡處理。一個Web services一經(jīng)部署,其它應(yīng)用(或其它Web services)就能發(fā)現(xiàn)并調(diào)用之。?
          Web services其實并不是全新的技術(shù),而只是集成了一系列成熟的、為業(yè)界所廣泛支持的協(xié)議,它定義了一個面向服務(wù)的、基于軟件組件的應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)。其中最基礎(chǔ)的協(xié)議是SOAP、WSDL與UDDI。?
          SOAP(Simple Object Access Protocol):簡單對象訪問協(xié)議,規(guī)定了如何用XML文檔來表示數(shù)據(jù)對象,它同時規(guī)定了一種RPC風(fēng)格的遠程Web方法調(diào)用,其調(diào)用參數(shù)及返回值均以XML文檔來描述。?
          WSDL(Web services Description Language):Web服務(wù)描述語言,它為Web服務(wù)提供者制定了一套標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范來描述其提供的Web服務(wù)與Web方法。WSDL指定了Web服務(wù)的具體內(nèi)容與調(diào)用接口。?
          UDDI(Universal Description,Discovery,and Integration):統(tǒng)一描述、發(fā)現(xiàn)及集成協(xié)議,提供一種動態(tài)機制,使客戶方能夠按特定的服務(wù)供應(yīng)商或公司來搜索指定的Web服務(wù)(“White Page”),或是按所需的服務(wù)來搜索特定的供應(yīng)商(“Yellow Page”)。?
          Web服務(wù)作為Internet環(huán)境下的軟件組件的基本角色,就技術(shù)而言,無論從哪個角度來看,Web服務(wù)都是對象/組件技術(shù)在Internet中的延伸。它并不是要取代現(xiàn)有的Corba、DCOM等分布式技術(shù)(恰恰相反,Web services能利用這些技術(shù)來構(gòu)建),而是要在更高的抽象層次,及更廣泛的分布領(lǐng)域,以一種新概念的軟件組件形式,來實現(xiàn)分布式服務(wù)的融合與集成。?
          3 服務(wù)網(wǎng)格――因特網(wǎng)上的中間件?
          將網(wǎng)格與Web services相結(jié)合,就構(gòu)成了所謂服務(wù)網(wǎng)格,即利用網(wǎng)格作為Web services的基礎(chǔ)設(shè)施,同時也利用Web services作為網(wǎng)格中信息傳遞的服務(wù)框架。?
          我們根據(jù)規(guī)模及服務(wù)特性,劃分出兩種層次的服務(wù)網(wǎng)格:?
          3.1 網(wǎng)格節(jié)點為普通的PC臺式機或服務(wù)器,節(jié)點數(shù)一般在100個以內(nèi),操作系統(tǒng)為Windows或Linux等。?
          網(wǎng)格有一個單一的服務(wù)入口點(稱之為portal,提供Web services),對于每一Web services請求,由Portal來進行任務(wù)分割及分布,由網(wǎng)格節(jié)點合作完成服務(wù)請求,最后由Portal聚集所有的返回信息并整合成標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)響應(yīng)返回給服務(wù)請求者(客戶端)。?
          特點:?
          3.1.1 網(wǎng)格對于服務(wù)是透明的。由網(wǎng)格來完成服務(wù),但網(wǎng)格對客戶端是不可見的。任務(wù)由portal來負責(zé)分布及收集返回信息。?
          3.1.2 網(wǎng)格節(jié)點是“瘦”服務(wù)器形式。由于java applet是在沙箱中運行,對宿主機不會產(chǎn)生破壞,而且java有良好的可移植性,節(jié)點一般采用java applet或java application的方式來向portal申請任務(wù)(pull方式),或由portal指派任務(wù)(push方式),節(jié)點機上因此也無需太多太復(fù)雜的支撐環(huán)境,部署相對簡單。因此整個網(wǎng)格的任務(wù)調(diào)度、處理控制及資源管理功能也相對較弱。?
          3.1.3 整個網(wǎng)格對外是一個Web services的概念,是以網(wǎng)格為基礎(chǔ)架構(gòu)所提供的Web services。?
          例子:?
          有這樣一家醫(yī)院,有一個內(nèi)部的信息網(wǎng),大約有100臺左右的PC機,以及10臺左右的可聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)療設(shè)備(如CT機)。有兩類計算密集的應(yīng)用,一類是對醫(yī)療儀器所采集的數(shù)據(jù)進行分析、處理及可視化,如腦部掃描的數(shù)據(jù)分析及層面圖生成;另一類是收集的各項醫(yī)療數(shù)據(jù)的分析及決策支持系統(tǒng)。這兩項應(yīng)用的計算量都比較大,以單臺機來處理,力不從心?梢詷(gòu)建這樣一個網(wǎng)格服務(wù),將大部時間都處在空閑狀態(tài)的PC機構(gòu)成一個網(wǎng)格,將前述的計算密集型應(yīng)用分布到網(wǎng)格節(jié)點中并行執(zhí)行,能獲得較高的響應(yīng)速度。如果計算資源仍有較大富余,可以將該網(wǎng)格服務(wù)掛到因特網(wǎng)上。計算資源通過網(wǎng)格得到了充分共享與合理利用。?
          3.2 網(wǎng)格上的節(jié)點是Web services的服務(wù)提供者。?
          網(wǎng)格上有Broker(代理者)作為服務(wù)入口點,Broker不僅提供服務(wù)定位功能,更重要的是提供服務(wù)集成功能,即將分布在節(jié)點上的各Web services視作軟件組件,根據(jù)服務(wù)請求的需要,動態(tài)地組合各種組件,以形成新的、集成化的服務(wù)。?
          特點:?
          3.2.1 網(wǎng)格依賴Web services來實現(xiàn)。這里的網(wǎng)格,主要不是面向科學(xué)計算,而是面向服務(wù),特別是集成各種現(xiàn)有基礎(chǔ)服務(wù),以形成更高級別的、可為客戶所定制的服務(wù)。它主要關(guān)注如何消除信息孤島和知識孤島,實現(xiàn)信息資源和知識資源的智能共享。?
          3.2.2 為了滿足企業(yè)級的高強度的單一服務(wù)請求,網(wǎng)格節(jié)點一般具有高性能、高可用性兩大特性,如現(xiàn)在正處在研究應(yīng)用階段的集群(cluster)技術(shù),以保證Web services的可靠提供。這里的節(jié)點,甚至可以是上面提到的網(wǎng)格服務(wù),比如企業(yè)級的服務(wù)提供者,其服務(wù)由內(nèi)部的PC機組成的網(wǎng)格來實現(xiàn),對外界依然是透明的。?
          3.2.3 網(wǎng)格節(jié)點是松散耦合的,各網(wǎng)格節(jié)點都是自治系統(tǒng),且多屬于不同的企業(yè)或組織。但作為服務(wù)入口點的Broker(這里的Broker可以且應(yīng)該有很多個,以便滿足不同的服務(wù)集成需要),應(yīng)該對相關(guān)子服務(wù)的可用性、可靠性、性能、代價,以及容錯及服務(wù)智能路由和重定向負有相當(dāng)?shù)呢?zé)任,客戶應(yīng)無需了解服務(wù)是如何被分割分發(fā)成子服務(wù),同時開發(fā)接口也應(yīng)統(tǒng)一簡單清晰。?
          3.2.4 服務(wù)網(wǎng)格模式是可以遞歸實現(xiàn)的。即網(wǎng)格節(jié)點也可以是一個服務(wù)網(wǎng)格。如一個決策支持服務(wù)網(wǎng)格中的某一節(jié)點是提供交通信息服務(wù)的,該節(jié)點同時也可以是一個由各種交通服務(wù)提供商所提供的特定交通工具信息服務(wù)所組成的服務(wù)網(wǎng)格。這就如同組件軟件的開發(fā)模式,組件也可以是由組件組裝而成,以實現(xiàn)重用與靈活構(gòu)建。?
          3.2.5 服務(wù)與網(wǎng)格的概念同時存在。對客戶(服務(wù)請求者)而言,既可以使用各節(jié)點提供的單一服務(wù),也可以使用由Broker提供的集成服務(wù),也可以自己定制所需的服務(wù)(即自己按需組裝)。?
          例子:?
          自助旅游服務(wù)。假設(shè)將來某一天,一家人要驅(qū)車去西雙版納自助旅游。車上裝有智能計算機系統(tǒng),并可以無線方式接入因特網(wǎng),它首先自動搜索因特網(wǎng)上的旅游決策服務(wù)的提供商名錄,找到合適的決策服務(wù)提供商,并向提供商提交自己的決策策略(如服務(wù)質(zhì)量優(yōu)先,或價格優(yōu)先),提供商本身并不存儲及提供相關(guān)的交通、氣象、酒店、景點等相關(guān)信息,它會到因特網(wǎng)上去查找相應(yīng)的名錄,根據(jù)用戶提供的相關(guān)信息(如路線、時間等)搜索相應(yīng)的特定服務(wù)提供商,訪問它們的相關(guān)服務(wù),并在多家提供商間進行決策,收集到這些服務(wù)所提供的信息后,決策服務(wù)提供商根據(jù)自己的決策模型,為客戶提供一套完整的方案與相應(yīng)信息。?
          而在旅游進行的過程中,汽車是通過GIS與GPS,以及出發(fā)前得到的相關(guān)信息與知識,自動駕駛的。同時它要實時地訪問期間各交通點的交通狀況傳感器所構(gòu)成的網(wǎng)格服務(wù),根據(jù)實時的道路交通狀況,來調(diào)整車速與行進路線。?
          4 結(jié)語?
          服務(wù)網(wǎng)格是因特網(wǎng)上的中間件。現(xiàn)有的資源,諸如網(wǎng)絡(luò)、超級計算機、服務(wù)器、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、文件系統(tǒng)等都是網(wǎng)格的底層設(shè)施,網(wǎng)格之上是應(yīng)用程序,這些應(yīng)用程序通過服務(wù)網(wǎng)格調(diào)用、共享網(wǎng)上資源來完成任務(wù)。服務(wù)網(wǎng)格作為這樣一種中間件,一種新概念的組件軟件模型,必將成為近階段研究與應(yīng)用的熱點。?
          
          參考文獻?
          [1]李建陽.網(wǎng)格與Web服務(wù)結(jié)合應(yīng)用研究[J].西南民族大學(xué)學(xué)報.自然科學(xué)版,2006(2).?
          [2]張軍強,孫冰.Web服務(wù)與網(wǎng)格計算的融合[J].大眾科技,2005(09).?
          [3]劉高原.基于Web服務(wù)的網(wǎng)格服務(wù)研究[J].華東交通大學(xué)學(xué)報,2005(04).

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